A química no ensino médio tendo “detergente”
como tema motivador
Chemistry in high school having the ‘detergent’
as a motivating theme
Olívio Fernandes Galão1; Eliana Aparecida Silicz Bueno1; Dionisio Borsato1;
Flaveli Aparecida de Souza Almeida1; Ivanira Moreira1; Antonio Martins2
Resumo
O presente trabalho teve como objetivo associar o ensino de alguns conceitos de química com o cotidiano
dos alunos do Ensino Médio. O tema escolhido foi “detergente” porque este produto faz parte da vida
diária das pessoas já há algumas décadas. Devido à presença de agente tensoativo, fosfatos e outras
substâncias em sua composição, este produto tem provocado problemas ao ambiente. Partindo do tema
motivador “detergente” e com a elaboração de um mapa conceitual foi possível abordar conceitos de
ligações de hidrogênio, tensão superficial, forças de van der Waals, solubilidade, e ainda a questão da
biodegradabilidade de produtos químicos no ambiente.
Palavras-chave: Detergente, Tensoativo, Biodegradabilidade, Mapa Conceitual.
Abstract
The present work was developed with the objective of associating the teaching of some concepts of
chemistry with the daily routine of High School students. The chosen subject was “detergents” because
this product has taken part in the daily lives of people for some years now. Due to the presence of a
tensor active agent, phosphates and other substances in their composition, these products have caused
some damage to the environment. Starting by the motivating topic “detergents” and with the building
of a conceptual map, it was possible to cover the concepts of hydrogen bonds, surface tension, van der
Waals bonds, solubility and also the question of biodegradability of chemical products in the environment.
Key Words: detergents, tensor active agent, biodegradability, conceptual map.
1 Introdução
O compromisso com a melhoria do processo de
ensino e aprendizagem em Química justifica a
necessidade do professor utilizar diferentes
estratégias pedagógicas, uma vez que este processo
acontece com a sua prática em sala de aula. Uma
1
2
forma de abordagem de conceitos químicos, no
Ensino Médio, é através da construção e uso de
mapas conceituais, que é um modelo que mostra as
relações significativas entre os conceitos mais
importantes, tendo um determinado assunto como
tema central (NOVAK, 1988). O mapa conceitual é
Departamento de Química da Universidade Estadual de Londrina. Cx.P. 6001, CEP 86051-990, Londrina-PR.
Colégio Estadual Souza Naves, Rolândia-PR.
Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 24, p. 85-92, dez. 2003
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um instrumento capaz de evidenciar significados
atribuídos a conceitos e suas relações no contexto
de um determinado conhecimento ou assunto.
O tema motivador escolhido foi “Detergente”, e
os tópicos abordados no ensino de química a partir
do tema motivador proposto foram os conceitos de
tensão superficial, ligação hidrogênio, forças de van
der Waals e disposição dos átomos nas cadeias
carbônicas. Estes conceitos estão relacionados com as
propriedades dos agentes surfatantes, como solubilidade
em água, formação de micelas, poder detergente,
biodegradabilidade, poder espumante e interações
químicas, e fazem parte do cotidiano dos alunos.
Os surfatantes dos sabões e dos detergentes
sintéticos são os princípios ativos que efetuam na
lavagem a ação de limpeza primária e de
espumejamento, mediante o mecanismo de redução
da tensão superficial (SHREVE ; BRINK, 1997). A
performance de um detergente se verifica por
aspectos como: capacidade detergente, formação e
estabilidade da espuma, viscosidade e suavidade à
pele. A tecnologia de formulação mais empregada
no Brasil combina tensoativos aniônicos agindo
como detergentes; tensoativos não-iônicos atuando
como estabilizadores de espuma e espessantes;
reforçadores e diversos aditivos conforme o fim a
que se destina (BORSATO; GALÃO; MOREIRA,
1999). Os sabões e detergentes sintéticos
praticamente não sofrem modificações químicas nos
processos de lavagem com água (salvo formações
de sais de cálcio, magnésio e outros, quando se usam
as chamadas águas duras) e encontram-se, portanto,
presentes nas águas residuais de escoamento das
operações de lavagem, incorporando-se ao esgoto
doméstico (MARTINS, 1998). Por natureza química,
os sabões feitos de matérias graxas são totalmente
biodegradáveis e quase não interferem com a fauna
e flora aquática, não possibilitando a formação de
espumas. Os produtos formulados a partir de
ingredientes ativos do tipo aniônico como os sais de
sódio de alquilbenzeno sulfonados lineares (LAS)
causam o inconveniente de formação acentuada de
espumas nos cursos de águas receptoras (BORSATO;
86
GALÃO; MOREIRA, 1999). Além dos surfatantes,
os detergentes podem apresentar na sua composição
fosfatos complexos que, na presença de água dura,
podem garantir um bom desempenho do agente
tensoativo. Porém, podem também originar diversos
problemas ecológicos. Esses problemas dizem
respeito à eutroficação, ou seja, ao aumento da
fertilidade das águas devido aos fosfatos, o que
favorece o crescimento excessivo de algas em águas
receptoras de efluentes, provocando a redução
acentuada do oxigênio dissolvido nas águas. A carga
de poluição decorrente da presença desses sabões e
detergentes sintéticos é muito pequena se comparada
com outros poluentes usualmente presentes no esgoto.
Apesar disso, ela pode contribuir de maneira bastante
desfavorável para a poluição das águas receptoras e
dificultar os procedimentos normais de tratamento de
esgotos residuais (FAIRBANKS, 1989).
Com o objetivo de desenvolver alguns conceitos
químicos de uma forma contextualizada e utilizando
um tema motivador que é do cotidiano do aluno foi
trabalhado o tema “detergente”.
2 Material e métodos
2.1 Mapa conceitual
O mapa conceitual tendo como tema motivador
“Detergente” (Figura 1) foi elaborado e pode ser
utilizado pelo professor para ordenar e seqüenciar
os conteúdos a serem trabalhados em sala de aula.
Servirá posteriormente como um roteiro e
conseqüentemente poderá fornecer um caminho
próprio ao professor de acordo com as condições de
trabalho, em função das características dos alunos,
do número de aulas disponíveis e da escola.
O mapa conceitual (Figura 1) foi aplicado junto
aos alunos do ensino médio do Colégio Estadual
Souza Naves de Rolândia-PR. Todos os conceitos
relacionados no mapa conceitual foram abordados
em sala através de aulas expositivas, discussão em
grupos e pesquisa bibliográfica, sendo devidamente
avaliados.
Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas, Londrina, v. 24, p. 85-92, dez. 2003
O que despertou interesse nos alunos foi a
atividade experimental selecionada realizada no
laboratório do Colégio e posteriormente
complementada nos laboratórios do Departamento
de Química da Universidade Estadual de Londrina
(UEL). Além disso, os alunos estudaram a
composição química dos detergentes e a função de
cada componente utilizado na sua formulação.
Detergentes
Composição química
dos detergentes
Como agem os
tensoativos ?
Determinação do tensoativo
Conceito:
Tensoativo
Como diferenciar os tensoativos
Conceitos:
Ligação de Hidrogênio
e Forças de van der
Waals
Conceito: Tensão
Superficial
Conceito:
Micelas
Espumas
Poluição
Quais as influências
Do tensoativo no ambiente?
Classificação
do tensoativo
A disposição dos átomos na
cadeia carbônica
Avaliação da biodegrabilidade
Comparação com o teste de
Biodegrabilidade
Conceito:
Biodegrabilidade
Como interpretar os dados?
Construção de
gráficos
Impacto Ambiental
Figura 1 – Mapa conceitual padrão mostrando os principais tópicos e conceitos, sobre detergentes, abordados em
sala de aula.
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2.2 Amostras de detergentes
Fosfato dissódico dihidratado P. A. ....... 0,03340g
Para a análise da matéria ativa aniônica foram
utilizadas 6 amostras de marcas diferentes de
detergentes líquidos comercializados em Rolândia-PR.
Cloreto de amônio P. A .......................... 0,00170g
Sulfato de magnésio heptahidratado P.A ... 0,02250g
Cloreto de cálcio P. A ............................ 0,02750g
2.2.1 A determinação da matéria ativa aniônica
Foi realizada no laboratório do Colégio, em
triplicatas, utilizando-se o método do azul de
metileno (BORSATO; GALÃO; MOREIRA, 1999).
A determinação da umidade foi realizada no
laboratório do Departamento de Química da UEL
utilizando cadinho de porcelana contendo,
aproximadamente, 1g de amostra em estufa, numa
faixa de temperatura de 100 a 110 0C, até peso
constante. Após a determinação da umidade a mesma
amostra foi colocada em uma mufla a 600ºC, durante
3 horas, para a determinação do teor de matérias
voláteis e cinzas.
Cloreto férrico hexahidratado P. A ........ 0,00025g
2.3.3 Preparo da amostra para o ensaio de avaliação
da biodegradabilidade (MARTINS, 1998).
Uma solução contendo 1% em volume do
detergente foi obtida dissolvendo-se 2,5 mL do
detergente comercial com 5 mL do inóculo. Em
seguida, completou-se o volume para 250 mL com
o meio mineral recentemente preparado.
Considerando que a avaliação foi do detergente
adquirido, o conservante presente nas amostras não
foi eliminado.
2.3.4 Ensaio de avaliação da biodegradabilidade
2.3 Avaliação da biodegradabilidade
2.3.1 Preparo do inóculo
Foram pesados 100 g de solo fértil de jardim (com
baixo teor de argila, areia e matéria orgânica), e a
ele foi adicionado água destilada em volume
necessário para obter 1000 mL. Deixou-se em
repouso por 30 minutos (BRASIL, 1998).
Foi filtrado o sobrenadante através de filtro grosso
(papel de filtro para café). Desprezaram-se os
primeiros 200 mL e coletou-se o restante. O filtrado
foi mantido em condições aeróbias até o momento
do teste. Utilizou-se o inóculo no mesmo dia em que
foi preparado (BRASIL, 1998).
2.3.2 Meio mineral (BRASIL, 1998)
Foram dissolvidos em 1000 mL de água destilada
e deionizada.
Fosfato monopotássico P. A .................... 0,0085 g
Fosfato dipotássico P. A ......................... 0,02175g
88
Foram colocados 10 mL da solução da amostra
preparada em 2.3.3, em uma proveta graduada de
100 mL com tampa. O teste de batimento foi
realizado agitando-se vigorosamente a proveta
graduada no intervalo de um minuto em cada dia do
teste. Foi medida, na proveta, a altura da espuma
formada (em mL) e registrada diariamente durante 15
dias consecutivos. Com os dados obtidos foi construído
o gráfico denominado de avaliação da
biodegradabilidade do detergente, plotando-se a altura
da espuma (em mL) em função do tempo (em dias).
2.3.5 Determinação da biodegradabilidade
A determinação da biodegradabilidade, do
princípio ativo de detergente, foi realizada nos
laboratórios da UEL seguindo-se o método proposto
pela Portaria 393. Este procedimento operacional
padronizado estabelece a metodologia a ser adotada
para a determinação da biodegradabilidade de
tensoativos utilizados na composição de saneantes
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ou tensoativos aniônico puros. O grau de
biodegradabilidade é expresso em percentagem e
refere-se a substâncias ativas ao azul de metileno que
desaparecem sob as condições específicas do ensaio
tendo como referência o dodecilbenzeno sulfonato de
sódio, testado em paralelo, como critério de verificação
da validade do método (BRASIL, 1998).
3 Resultados
Os ensaios de determinação do teor de tensoativos
aniônicos, nas 6 amostras de detergentes líquidos
utilizados, foram executados pelos alunos da
disciplina de química ministrada no Colégio Souza
Naves de Rolândia-PR. A Tabela 1 apresenta os
teores da matéria ativa aniônica, matérias voláteis e
resíduos a 600ºC. Os detergentes analisados
apresentaram um teor médio de 8,50% em massa do
tensoativo aniônico.
A taxa de biodegradação do detergente D, no
ensaio de batimento de espuma, foi menor que a do
detergente C devido a presença de maior quantidade
de produtos inorgânicos (Tabela 1) e, possivelmente,
um teor mais elevado e/ou uso de agente conservante.
A Figura 2 mostra a redução gradativa do teor de
tensoativo, representado pela redução da altura da
espuma produzida pelo teste de batimento. No início
do experimento, a altura da espuma, medida em
proveta, para o detergente C foi de 100 mL e 85 mL
para o detergente D devido a maior quantidade de
tensoativo na amostra C (Tabela 1). Mesmo com a
presença de conservantes, que não foram eliminados
das amostras, após 15 dias de ensaios, os resultados
mostraram uma redução de aproximadamente 60%
no volume da espuma, para o detergente D e 65%
para o detergente C, conforme pode ser observado
na Figura 2.
Avaliação da biodegradabilidade
Tabela 1 – Porcentagem de aniônicos, matérias
voláteis a 1100C e resíduo a 6000C de 6 amostras de
detergentes comercializados em Rolândia-PR.
100
90
80
Detergente
% de aniônico
% de voláteis a
% de resíduo a
1100C
6000C
70
7,67
89,77
2,14
B
6,72
91,68
2,45
C
8,54
89,12
1,94
D
8,01
89,61
2,30
E
9,65
87,23
2,31
F
10,41
80,35
8,51
Altura da espuma em mL.
60
A
50
40
30
20
10
0
0
O detergente F apresentou um teor de resíduo
mais elevado, indicando uma maior quantidade de
espessantes inorgânicos em sua composição química.
A altura da espuma produzida, no teste de
batimento de espuma, depende do teor de agente
tensoativo presente na amostra. Portanto, para
realizar o ensaio de avaliação da biodegradabilidade
utilizamos os detergentes C e D, porque apresentaram
valores de aniônicos mais próximos da média e
também entre si.
1
2
3
6
9
11
13
14
15
Tempo em dias
Figura 2 – Avaliação da biodegradabilidade de dois
detergentes (C e D), com matéria ativa aniônica, através
do teste de batimento em proveta graduada. Para cada
dia indicado a primeira coluna refere-se ao detergente C
e a segunda coluna ao detergente D.
Para efeito de comparação foi realizado, no
laboratório do Departamento de Química da UEL, o
teste quantitativo de biodegradabilidade de um dos
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detergentes contendo tensoativo aniônico. Para tanto,
foi extraído o princípio ativo e realizado o ensaio de
biodegradabilidade conforme descrito na Portaria
393 (BRASIL, 1998). O resultado mostrou que
restavam apenas 9,0% do princípio ativo aniônico
após 14 dias de ensaio, como podemos observar na
Figura 3. De acordo com os padrões estabelecidos
pela mesma Portaria, o produto pode ser considerado
satisfatório com relação à sua biodegradabilidade,
pois o mesmo superou o mínimo estabelecido, que é
de 90%, após 14 dias de teste.
Curva de Biodegradabilidade
100
90
Os valores do teor de tensoativo nos detergentes
analisados, o resultado do teste de espuma e o do
ensaio de biodegradabilidade foram discutidos e
relacionados com os conceitos estudados. A
estratégia do uso do mapa conceitual mostrou ser
satisfatória para abordagem do tema motivador
“detergente”.
Ficou
evindenciado
também
a
interdisciplinariedade, pois durante o
desenvolvimento da atividade os alunos trabalharam
com a matemática calculando porcentagem, fazendo
conversões de unidades, construindo e interpretando
os gráficos da avaliação da biodegradabilidade e da
curva de biodegradabilidade.
80
70
% do ânionico
tempo estudado, não teve a redução total da espuma,
devido aos componentes inorgânicos e conservantes
presentes nos detergentes, que podem interferir na
biodegradação do agente surfatante (Tabela 1). Já o
ensaio de biodegradabilidade não sofreu esta
interferência porque foi efetuado com o tensoativo
obtido, do produto comercial, através de extração
alcoólica (BRASIL, 1998).
60
50
40
30
A avaliação da aprendizagem foi feita através de
relatórios, concluindo que o desenvolvimento do
trabalho foi eficaz utilizando a estratégia proposta.
20
10
0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18
Tempo em dias
Figura 3 – Curva de biodegradação de um surfatante
aniônico mostrando a percentagem do aniônico
remanescente em função do tempo em dias.
Outro fator que demonstra ser positivo o resultado
da atividade foi o interesse dos alunos em
participarem de Feira de Ciências expondo trabalhos
com o tema desenvolvido.
Conclusões
O teste de batimento de espuma (qualitativo) e o
ensaio de biodegradabilidade mostram a degradação
do agente tensoativo aniônico, utilizado na
formulação dos detergentes, por microrganismos. Em
decorrência desse processo são produzidas
substâncias consideradas não nocivas ao meio
ambiente ou que possuam grau de toxidade inferior
ao da substância tensoativa original.
O teste de batimento de espuma, no intervalo de
90
Os testes de biodegradação são utilizados para
prever a velocidade e a extensão da degradação de
produtos químicos no meio ambiente. A
biodegradabilidade é reconhecida como indicador de
segurança ambiental e as condições de testes devem
ser as mais próximas das condições reais.
A aplicação de um tema motivador para ensinar
conceitos de química se mostrou eficaz, pois com a
adoção do assunto “detergente” e a partir do mapa
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conceitual elaborado, foi possível relacionar o ensino
de química com o cotidiano. A presença do agente
tensoativo nos detergentes possibilitou abordar
conceitos relacionados com as forças de van der
Waals, tensão superficial, formação de micelas,
solubilidade, etc.. A forma como os átomos de
carbono estão dispostos na cadeia dão idéia do grau
de biodegradabilidade, o que possibilita avaliar o
impacto do mesmo sobre o ambiente.
FAIRBANKS, M. Detergentes espera LAB para
crescer. Química e Derivados, São Paulo, v.24, n.264,
p.40-46.jul, 1989
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Químicos. 4.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan,
1997.
BORSATO,D.; GALÃO, O. F.; MOREIRA, I.
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Londrina: Editora da UEL., 1999.
MARTINS, A. Domissanitários: uma monografia
didática. 1998. Monografia (Especialização em
Química para Professores do Ensino Médio)Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 1998.
MENEZES, L.C. Novos parâmetros curriculares para
o ensino médio. São Paulo: [s.n.], 1998.
NOVAK, J.D.; GOWIN, D. B. Aprender a aprender.
2.ed. Lisboa: Plátamo, 1999. (Coleção Plátamo
universitária).
BRASIL. Portaria n0 393, de 15 de maio de 1998.
Estabelece o métodos para determinação da
biodegradabilidade de tensoativos aniônicos com
validade em todo Território Nacional. Revoga a
Portaria SVs nº 120,de 24 de novembro de 1995, e dá
outras providências. Diário Oficial [da] República
Federativa do Brasil, Brasília, DF, Seção I, n. 93-E,
p.1, 19 maio 1998..
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